基于ADS仿真wilkinson功分器

1、微帶wilkinson功分器的仿真設計實驗報告學 院 電子科學與工程學院姓名學號指導教師2016年10月21日一、實驗目的了解功率分配器電路的原理及設計方法。學習使用ADS軟件進行微波電路的設計，優(yōu)化，仿真。掌握功率分配器的制作及調試方法。二、設計要求指標通帶范圍一。雙端輸出，功分比為 1:1。通帶內個端口反射系數(shù)小于 -20dB。兩個輸出端口的隔離度小于 -20dB。傳輸損耗小于。三、設計思路圖一：設計思路示意圖四、理論分析設計1 .基本工作原理分析功率分配器是三端口電路結構，其信號輸入端的輸入功率為P1,而其它兩個輸出端的輸出功率分別為P2和P3。理論上，由能量守恒定律可知：P1=P2+P

2、3端口特性為：(1)端口 1無反射 (2)端口 2和端口 3輸出電壓相等且相同 (3)端口 2、端口 3輸出功率比值為任意指定值1/M由這些條件可以確定乙2、乙3以及R、R3的值。2 .功分器技術指標計算(1) 輸入端口回波損耗輸入端口 1的回波損耗根據(jù)輸入端口1的反射功率和輸入功率之比來計算PrSu =- lOLog () ri(2) 插入損耗輸入端口 1的回波損耗根據(jù)輸出端口的輸出功率和輸入端口1的輸入功率之比來計算S21 =- lOLog )S31 =- lOLug(3)輸出端口間的隔離度2和輸出端口 3的輸出功輸出端口 2和輸出端口 3間的隔離度可以根據(jù)輸出端口率比來計算(4)lOLo

3、g ：)功分比根據(jù)輸出端口3和輸出端口 4的輸出功率比來計功分比當其它端口沒有反射時,相位平滑度在做功率分配器時，輸出端口的平滑度直接影響功率合成效率。五、尺寸計算使用ADS軟件自帶的計算工具計算出微帶線的尺寸。圖50 a的微帶線寬度計算圖75 a的微帶線寬度計算輸入Z0=50Ohm可以算出微帶線的寬度為。填入ZO麗E_Eff=90deg ,可以算出微帶線的線寬為和長度。完成理論值計算。六、ADS仿真步驟(一)創(chuàng)建項目點擊File-New Project 設置工程文件名稱為 Wilkinson divider ，點擊LengthUnit設置長度單位為 mm點擊New Project對話中的OK

4、鍵，并保存文件。(二)創(chuàng)建原理圖將MUSB11入原理圖，參數(shù)設置：H：基板厚度mm); er：基板相對介電常數(shù)；Mur：磁導率；Cond:金屬電導率+7); Hu：封裝高度+33 mm) T:金屬層厚度 mm);TanD:損耗角正切(1e-4) ; Roungh：表面粗糙度(0 mm)。如下圖所示：圖：MSub控件參數(shù)在菜單中選擇變量 VAR空間，插入到原理圖，設置w1范圍為，l1范圍為5-20。 設置后如下圖所示：圖：Var控件參數(shù)同樣方法完成原理圖繪制圖：完整原理圖（三）原理圖S參數(shù)仿真圖：原理圖S參數(shù)仿真結果（四）指標優(yōu)化在原理圖設計窗口中選擇優(yōu)化工具欄選擇優(yōu)化設置控件 Optim放置在

5、原理圖中，雙擊該控件設置優(yōu)化方法及優(yōu)化次數(shù)。 常用的優(yōu)化方法有 Random隨機）、Gradient（梯度）等。隨機法通常用于大范圍 搜索，梯度法則用于局部收斂因為具有四個優(yōu)化目標，所以在插入Optim后需插入4個Goal控件設置，并進行參數(shù)設置，例如：在Expr中設置表達式dB（S（1,1），表示優(yōu)化的目標是端口1反射系數(shù)的dB值。在SimlnstanceName中，輸入 SP1,表示是針對 S參數(shù)仿真 SP1進行的優(yōu)化。Max=-20,表示優(yōu)化的目標不超過 -20dBMin值不添，這是由于 S（1,1）的值越小越好Weight值不添，這是由于優(yōu)化的幾個參數(shù)沒有主次之分。RangeVar1=

6、freq ,表示優(yōu)化是在一定頻率范圍內進行的。RangeMin1=,表示頻率變化范圍的最小值為。RangeMax1二,表示頻率變化范圍的最大值為。圖：設置優(yōu)化指標后的原理圖（五）優(yōu)化后的S參數(shù)仿真圖：優(yōu)化后的S參數(shù)結果（六）生產版圖圖：版圖（七）版圖仿真版圖生成后先要設置微帶電路的基本參數(shù)（即原理圖中MSUB1的參數(shù)），方法是點擊版圖窗口菜單中的Momentum - Substrate - Update FromSchematic 從原理圖中獲得這些參數(shù)，點擊Momentum - Substrate -Create/Modify 可以修改這些參數(shù)。為了進行S參數(shù)仿真還要在功分器兩側添加兩個端口

7、，做法是點擊工具欄 上的Port按鈕，彈出port設置窗口，點擊 OK關閉該窗口，在電路兩邊要 加端口的地方分別點擊加上兩個port。電阻要替換成薄膜電阻，否則無法用矩量法進行仿真，注意薄膜電阻的寬度要和連接的微帶線一致，不要忘記在substrate 中的 metallizationlayers中加入薄膜電阻所在的層。點擊 EM - Simulation Setup - frequence plan彈出仿真設置窗口，該窗口右側的SweepType選才A Adaptive ,起止頻率設為與原理圖中相同，采 樣點數(shù)限制取10（因為仿真很慢，所以點數(shù)不要取得太多）。然后點擊保存按鈕，將設置填入左側列表中，點擊Simulate按鈕開始進行仿真。仿真過程中會出現(xiàn)一個狀態(tài)窗口顯示仿